Fester Boden: Steigerung der Kapazität des Parallelleiters

04-06-2012 | Digitalmultimeter

von Jack Smith

Strommesszange Fluke 381
Qualifizierte Elektriker sollten für Arbeiten unter hohem Strom hochwertige elektrische Messwerkzeuge wie diese Strommesszange Fluke 381verwenden.

Im Februar durfte ich einen Webcast für die Zeitschrift Consulting-Specifying Engineermoderieren. Der Titel lautete „Update on the 2011 National Electrical Code“ (Neuigkeiten zum 2011 National Electrical Code). Die Redner beim Webcast waren Kenneth Lovorn, PE, President und leitender Ingenieur bei Lovorn Engineering Associates, LLC in Pittsburgh und Tom Divine, PE, leitender Ingenieur und Projektmanager bei Smith Seckman Reid, Inc. in Houston.

Beim Webcast konzentrierten sich Lovorn und Divine auf einige wichtige Änderungen in der neuesten Version des NEC: der 2011er-Fassung. Insbesondere wurden folgende Themen behandelt:

  • Kennzeichnung des verfügbaren Fehlerstroms
  • Gemeinsame Neutralleiterbeschränkungen
  • Positionen von separat abgeleiteten FI-Erdungssteckdosen
  • Parallele Leiterkapazität
  • Energieverteilungseinheiten in Rechenzentren
  • Erdfehlerschutz.

In der Kolumne, die ich vor zwei Monaten verfasste, beschäftigte ich mich mit einer der neuen Anforderungen des NEC (National Electric Code). Aus Platzgründen kann ich nicht auf alle der von Lovorn und Divine im Webcast professionell behandelten Themen eingehen. In diesem Monat werde ich näher auf die Erläuterungen von Herrn Divine zu den Änderungen des NEC 2011 hinsichtlich der Kapazität paralleler Leiter eingehen.

Herr Divine sagte, dass Absatz 310.4 in der 2008er-Fassung dem Absatz 310.10 im NEC 2011 entspricht. Laut NEC 2008 dürfen „Leiterdurchmesser von mindestens 1/0 AWG parallel verlaufen.“ Im NEC 2011 steht fast das Gleiche. Der einzige Unterschied ist, dass in der 2011er-Fassung steht: „nur Leiterdurchmesser von mindestens 1/0 AWG dürfen parallel verlaufen.”

Divine erläuterte, dass die zuständige Behörde die parallele Führung kleinerer Leiter nach NEC 2008 genehmigen könnte. Gemäß NEC 2011 wäre dies nur bei einer Gesetzesänderung durch die zuständige Behörde möglich.

Für die Praxis bedeutet dies keine tief greifende Änderung. „Nach meiner Erfahrung“, so Divine, „haben die zuständigen Behörden immer ein Verbot paralleler Leiter mit einem Durchmesser unter 1/0 AWG durchgesetzt – als wäre dies im Gesetz ausdrücklich so angegeben. Es war nicht ausdrücklich angegeben. Wenn ich aber versuchen würde, Leiter mit #1 AWG parallel zu schalten, würde die zuständige Behörde widersprechen.“

Die zuständige Behörde ist die Organisation, das Büro oder die Person, die die Genehmigung von Geräten, Materialien, Installationen oder Verfahren zu verantworten hat. In der Regel handelt es sich dabei um einen lokalen Stromprüfer, dem per Verordnung einer Stadt, eines Bezirks oder Staates eine entsprechende Vollmacht verliehen wurde.

Im Lauf des Webcasts ging Divine auf einige Regeln zu parallelen Leitern ein, die sich zwischen NEC 2008 und NEC 2011 nicht verändert haben. Parallele Leiter müssen identisch sein, damit sichergestellt ist, dass die Impedanzen der einzelnen Leiter so nah wie möglich beieinanderliegen. Da die Leiterimpedanz sehr niedrig ist, können kleine Änderungen in Zusammensetzung, Geometrie oder Anschluss zu einer unverhältnismäßig hohen Änderung in der Gesamtimpedanz des Leiters führen.

„Jeder einzelne Leiter in einer parallelen Baugruppe transportiert eine Spannung im umgekehrten Verhältnis zu seiner eigenen Impedanz“, so Divine. „Wenn die Kapazität eines Speisekabels bei einer bestimmten Spannung nahezu erschöpft ist, können kleine Abweichungen bei der Impedanz zwischen den parallelen Leitern zu einen zu hohen Stromfluss in den Leitern mit niedrigerer Impedanz führen, sodass diese Leiter überlastet und überhitzt werden.“

Divine erklärte, dass parallele Leiter in Bezug auf Länge, Material, Querschnittsfläche und Isolierung übereinstimmen müssen. Sie müssen auch die gleiche Abschlussmethode anwenden und zum gleichen Rohr oder zum gleichen Messleitungssatz gehören.

„Im Gesetz steht ausdrücklich, dass sich die Ähnlichkeitsregel nur auf jeden Verlauf von Leitern einzeln bezieht“, sagte Divine. „So ist es durchaus möglich, A-Phasen-Leiter aus Aluminium mit B-Phasen- und C-Phasen-Leitern aus Kupfer zu kombinieren. Es müssen dann nur alle A-Phasen-Leiter aus Aluminium und alle B- und C-Phasen-Leiter aus Kupfer sein. Diese Situation ist recht ungewöhnlich und bei neuen Anlagen eher selten.“

Gründe für parallele Leiter
Der häufigste Grund für parallele Leiter ist, dass sie eine höhere Kapazität bieten als ein einzelner Leiter. In einer üblichen Gebäudekonstruktion messen die größten Leiter meist zwischen 0,253 und 0,304 mm²“, führte Divine aus. „Viele Elektroinstallateure lehnen 0,204 mm² ab. Wenn ein Nennstrom über 400 A wirklich erforderlich ist, ist der Einsatz paralleler Leitungen die einzig gangbare Lösung. In der Praxis, hat die Untergrenze von 1/0 AWG für parallele Leiter keine großen Auswirkungen auf die elektrischen Konstruktionen für Anlagen.“

Ein weiterer Grund für parallele Leiter besteht darin, Spannungsabfälle möglichst gering zu halten – insbesondere bei startenden Motoren oder sonstigen Lasten mit niedrigem Leistungsfaktor. Bei einzelnen Leitern mit Lasten mit niedrigem Leistungsfaktor, Wechselstromwiderstand oder bei Gegeninduktion dominiert der Spannungsabfall. Die Gegeninduktion verändert sich durch den Leiterdurchmesser nur wenig. „Anders sieht es beim Wechselstromwiderstand aus, der sich mit dem Leiterdurchmesser erheblich ändert“, erklärt Divine. „Die Induktivität ist nur in geringem Ausmaß von der Querschnittsfläche des Leiters abhängig. Der Wechselstromwiderstand ändert sich jedoch umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Leiters.“

Über den Leiterdurchmesser lässt sich der durch Induktivität verursachte Spannungsabfall also kaum abschwächen. Andererseits tritt meist ein Spannungsabfall aufgrund der Gegeninduktion eines Leiters auf, wenn der Leistungsfaktor niedrig ist. „Ich fand dies bei Arbeiten an Löschpumpen besonders nützlich, die manchmal sehr weit vom Stromzugang entfernt sein können“, so Divine. „Gemäß Abschnitt 695.7 [NEC] ist der Spannungsabfall unter Startbedingungen bei Löschpumpen auf nur 15 Prozent begrenzt.“

Situationen, in denen kleinere parallele Leiter zulässig sind
Es gibt Ausnahmen, unter denen Leiter mit einem Durchmesser unter 1/0 AWG parallel verlaufen dürfen. Zunächst können #2 AWG und #1 AWG in vorhandenen Anlagen unter technischer Aufsicht verwendet werden. „Diese Ausnahme kann im Umgang mit Oberschwingungsstrom in Neutralleitern von Bedeutung sein“, führte Divine aus.

Für die Steuerung muss der Stromkreis bei mindestens 360 Hz betrieben werden, damit kleinere Leiter parallel geführt werden können.

Es besteht eine Ausnahme für Stromkreise in Aufzügen. Gemäß Absatz 620.12(A)(1) dürfen für die Aufzugsteuerung und -beleuchtung auch Kabel mit Leitern mit einem kleineren Durchmesser als 1/0 AWG parallel verwendet werden, um den Spannungsabfall in den langen Kabeln auszugleichen, die in Aufzügen mit einer erheblichen Fahrstrecke erforderlich sind“, so Divine.

Divine sagte, der häufigste Grund für parallele Leiter sei, dass sie einen höheren Nennstrom bieten als ein einzelner Leiter. Qualifizierte Elektriker sollten für Arbeiten unter hohem Strom hochwertige elektrische Messwerkzeuge wie die Strommesszangen Fluke 365, Fluke 376 und Fluke 381 verwenden.

Bis zum nächsten Mal und bleiben Sie stets auf „Solid Ground.“